專利名稱：一種電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型及其仿真方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于培訓、演示用的電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型及使用該模型對電氣化高速鐵路進行動態(tài)仿真的方法。
背景技術(shù)：
鐵路的發(fā)展保持迅猛的勢頭，電氣化高速鐵路比重的迅速擴大對從業(yè)人員，尤其是技術(shù)人員的要求也將越來越高。就現(xiàn)狀而言，許多鐵路工作人員和現(xiàn)場維護人員在施工和操作技術(shù)上存留老思想，對新型電氣化鐵路及供電系統(tǒng)的認識不足，需要對高速鐵路從業(yè)人員進行培訓。在培訓時通過仿真模型的演示能更直觀地表示高速鐵路各模塊的運行過程與狀態(tài)，提高培訓效果。但現(xiàn)有的仿真模型通常是各個模塊的靜態(tài)模型，如單個的機車靜態(tài)模型，不能夠動態(tài)地反映機車在軌道上運行的運動狀態(tài)以及機車與接觸網(wǎng)、變電系統(tǒng)的動態(tài)相互關系。還有一類仿真是在計算機上通過運行軟件，計算顯示出列車運行中的部分參數(shù)的相互關系如接觸網(wǎng)的電壓、電流與機車的載重、運行速度的關系，但這種仿真以數(shù)字或列表的方式顯示， 其對整個鐵路運行狀態(tài)的反映既不直觀也不全面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是提供一種電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型，該仿真模型能全面、直觀的動態(tài)模擬高速鐵路中機車、接觸網(wǎng)及牽引變電所等模塊的運行過程和狀態(tài)及相互關系，從而直觀地演示整個高速鐵路的運行過程、狀態(tài)和原理；用于培訓高速鐵路從業(yè)人員，其培訓效果好。本發(fā)明實現(xiàn)第一個發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型，其組成是:環(huán)形的軌道上的電力機車，電力機車上的受電弓與接觸網(wǎng)相連，接觸網(wǎng)架設在支柱上；380V/55V的AT牽引變壓器和380V/27.5V直供牽引變壓器的輸出通過程控開關與接觸網(wǎng)相連；程控開關與地面微處理器相連；電力機車車箱內(nèi)設有依次相連的脈沖整流器、直-直變換器、直流電機，脈沖整流器的輸入端與受電弓相連；直流電機軸上的齒輪與車輪軸上的齒輪嚙合；脈沖整流器、直-直變換器、直流電機還均與車載微處理器相連；地面微處理器、車載微處理器分別與地面無線通信器和車載無線通信器相連；地面無線通信器、車載無線通信器均與計算機的無線通信器進行無線通信。本發(fā)明的第二個目的是提供一種上述的電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型對電氣化高速鐵路進行動態(tài)仿真的方法，該方法能全面、直觀的動態(tài)模擬高速鐵路中機車、接觸網(wǎng)及牽引變電所等模塊的運行過程和狀態(tài)及相互關系，從而直觀地演示整個高速鐵路的運行過程、狀態(tài)和原理。本發(fā)明實現(xiàn)第二個發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種使用權(quán)利要求1所述的電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型對電氣化高速鐵路進行動態(tài)仿真的方法，其操作步驟是:
計算機根據(jù)選定的AT供電或直接供電方式通過其無線通信器、地面無線通信器向地面微處理器下達開關選擇指令，地面微處理器根據(jù)該指令控制程控開關使AT牽引變壓器或者直供牽引變壓器的輸出與接觸網(wǎng)連通，機車的受電弓從接觸網(wǎng)上獲取電能，并通過脈沖整流器、直-直變換器向直流電機供電，直流電機轉(zhuǎn)動驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)；電力機車即在環(huán)形軌道上運行，從而模擬電力機車的運行狀態(tài)；運行過程中計算機通過其無線通信器、車載無線通信器向車載微處理器下達速度調(diào)節(jié)指令，車載微處理器根據(jù)該速度調(diào)節(jié)指令控制直-直變換器的輸出電壓從而控制直流電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對電力機車運行速度的調(diào)節(jié)控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:一、本發(fā)明仿真模型中的電機由實際的大電壓的交流電機改為體積小的小電壓直流電機，變壓器也由實際的110kV/27.5kV改為380V/27.5V，從而電力機車、接觸網(wǎng)、變壓器等模塊即是對真實的電力機車、接觸網(wǎng)、牽引變電所實物等比例的縮小，又保證了其工作原理、過程與實際鐵路系統(tǒng)的高度相似；能以縮小的實物形態(tài)，在室內(nèi)全面、直觀的動態(tài)模擬高速鐵路中機車、接觸網(wǎng)及牽引變電所等模塊的運行過程和狀態(tài)及相互關系，從而直觀地演示整個高速鐵路的運行過程、狀態(tài)和原理；用于培訓高速鐵路從業(yè)人員，其培訓效果好。二、本發(fā)明的仿真模型通過對程控開關的控制，既可以模擬與演示AT供電方式下高速鐵路的運行過程和狀態(tài)及相互關系，又可以模擬與演示直接供電方式下高速鐵路的運行過程和狀態(tài)及相互關系。三、在以實物形態(tài)全面、直觀的動態(tài)模擬高速鐵路中機車、接觸網(wǎng)及牽引變電所等模塊的運行過程和狀態(tài)及相互關系的同時，計算機還通過無線方式經(jīng)車載微處理器采集電力機車的速度、脈沖整流器、直-直變 換器、直流電機的電壓、電流等參數(shù)；通過無線方式經(jīng)地面微處理器采集接觸網(wǎng)；AT牽引變壓器/直供牽引變壓器的電壓、電流等參數(shù)，并對這些參數(shù)進行分析處理，將處理結(jié)果顯示在計算機屏幕上；從而更方便培訓人員感受與體驗理論分析結(jié)果與鐵路直觀運行狀態(tài)間的關系。四、整個仿真過程由計算機、地面微處理器、車載微處理器通過無線通信方式實現(xiàn)自動控制，自動化程度高，操作簡單、方便。上述的脈沖整流器的輸入端通過繼電保護裝置與受電弓相連；繼電保護裝置還與車載微處理器相連。這樣，當脈沖整流器出現(xiàn)過流、過壓時，繼電保護裝置自動動作，脈沖整流器及后續(xù)的直-直變換器、直流電機自動斷電，避免了相應器件的損壞，提高了整個模型的可靠性和使用壽命。上述的AT牽引變壓器和直供牽引變壓器的輸入端串接有繼電保護裝置，所述的繼電保護裝置還與地面微處理器相連。這樣，當AT牽引變壓器或直供牽引變壓器出現(xiàn)過流、過壓時，繼電保護裝置自動動作，AT牽引變壓器或直供牽引變壓器及后續(xù)的所有用電器件自動斷電，避免了器件的損壞，提高了整個模型的可靠性和使用壽命。上述的直流電機上安裝有速度傳感器，速度傳感器的輸出端與車載微處理器相連。這樣，速度傳感器測出直流電機轉(zhuǎn)速(機車的運行速度)，由車載微處理器對機車的運行速度進行反饋控制，使演示機車的運行速度更精確。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。


圖1是本發(fā)明實施例的仿真模型的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實施例的仿真模型的電路原理示意圖。具體實施方法
實施例圖1、圖2示出，本發(fā)明的一種具體實施方式
是，一種電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型，其組成是:一種電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型，其組成是:環(huán)形的軌道100上的電力機車200，電力機車200上的受電弓209與接觸網(wǎng)101相連，接觸網(wǎng)101架設在支柱102上；380V/55V的AT牽引變壓器103和380V/27.5V直供牽引變壓器104的輸出通過程控開關105與接觸網(wǎng)101相連；程控開關105與地面微處理器106相連；電力機車200車箱內(nèi)設有依次相連的脈沖整流器201、直-直變換器202、 直流電機203，脈沖整流器201的輸入端與受電弓209相連；直流電機203軸上的齒輪與車輪軸上的齒輪嚙合；脈沖整流器201、直-直變換器202、直流電機203還均與車載微處理器206相連；地面微處理器106、車載微處理器206分別與地面無線通信器107和車載無線通信器207相連；地面無線通信器107、車載無線通信器207均與計算機109的無線通信器進行無線通信。本例的脈沖整流器201的輸入端通過車載繼電保護裝置208與受電弓209相連；車載繼電保護裝置208還與車載微處理器206相連。本例的AT牽引變壓器103和直供牽引變壓器104的輸入端串接有地面繼電保護裝置108，所述的地面繼電保護裝置108還與地面微處理器106相連。本例的直流電機203上安裝有速度傳感器204，速度傳感器204的輸出端與車載微處理器206相連?！N使用本例的電氣化聞速鐵路動態(tài)仿真|旲型對電氣化聞速鐵路進行動態(tài)仿真的方法，其操作步驟是:計算機109根據(jù)選定的AT供電或直接供電方式通過其無線通信器、地面無線通信器107向地面微處理器106下達開關選擇指令，地面微處理器106根據(jù)該指令控制程控開關使AT牽引變壓器103或者直供牽引變壓器104的輸出與接觸網(wǎng)101連通，電力機車200的受電弓209從接觸網(wǎng)101上獲取電能，并通過脈沖整流器201、直-直變換器202向直流電機203供電，直流電機203轉(zhuǎn)動驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)；電力機車200即在環(huán)形的軌道100上運行，從而模擬電力機車200的運行狀態(tài)；運行過程中計算機109通過其無線通信器、車載無線通信器207向車載微處理器206下達速度調(diào)節(jié)指令，車載微處理器206根據(jù)該速度調(diào)節(jié)指令控制直-直變換器202的輸出電壓從而控制直流電機203的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對電力機車203運行速度的調(diào)節(jié)控制。
權(quán)利要求
1.一種電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型，其組成是: 環(huán)形的軌道(100)上的電力機車(200)，電力機車(200)上的受電弓(209)的輸入端與接觸網(wǎng)(101)相連，接觸網(wǎng)(101)架設在支柱(102)上；380V/55V的AT牽引變壓器(103)和380V/27.5V直供牽引變壓器(104)的輸出通過程控開關(105)與接觸網(wǎng)(101)相連；程控開關(105)與地面微處理器(106)相連； 電力機車(200)車箱內(nèi)設有依次相連的脈沖整流器(201)、直-直變換器(202)、直流電機(203)，脈沖整流器(201)的輸入端與受電弓(209)的輸出端相連；直流電機(203)軸上的齒輪與車輪軸上的齒輪嚙合；脈沖整流器(201)、直-直變換器(202)、直流電機(203)還均與車載微處理器(206)相連； 地面微處理器(106)、車載微處理器(206)分別與地面無線通信器(107)和車載無線通信器(207)相連；地面無線通信器(107)、車載無線通信器(207)均與計算機(109)的無線通信器進行無線通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型，其特征在于:所述的脈沖整流器(201)的輸入端通過車載繼電保護裝置(208)與受電弓(209)相連；車載繼電保護裝置(208)還與車載微處理器(206)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型，其特征在于:所述的AT牽引變壓器(103)和直供牽引變壓器(104)的輸入端串接有地面繼電保護裝置(108)，所述的地面繼電保護裝置(108)還與地面 微處理器(106)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型，其特征在于:所述的直流電機(203)上安裝有速度傳感器(204)，速度傳感器(204)的輸出端與車載微處理器(206)相連。
5.一種使用權(quán)利要求1所述的電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型對電氣化高速鐵路進行動態(tài)仿真的方法，其操作步驟是: 計算機(109)根據(jù)選定的AT供電或直接供電方式通過其無線通信器、地面無線通信器(107)向地面微處理器(106)下達開關選擇指令，地面微處理器(106)根據(jù)該指令控制程控開關使AT牽引變壓器(103)或者直供牽引變壓器(104)的輸出與接觸網(wǎng)(101)連通，電力機車(200)的受電弓(209)從接觸網(wǎng)(101)上獲取電能，并通過脈沖整流器(201)、直-直變換器(202)向直流電機(203)供電，直流電機(203)轉(zhuǎn)動驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)；電力機車(200)即在環(huán)形的軌道(100)上運行，從而模擬電力機車(200)的運行狀態(tài)；運行過程中計算機(109)通過其無線通信器、車載無線通信器(207)向車載微處理器(206)下達速度調(diào)節(jié)指令，車載微處理器(206)根據(jù)該速度調(diào)節(jié)指令控制直-直變換器(202)的輸出電壓從而控制直流電機(203)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對電力機車(203)運行速度的調(diào)節(jié)控制。
全文摘要
一種電氣化高速鐵路動態(tài)仿真模型，其組成是環(huán)形的軌道上的電力機車，電力機車上的受電弓與支柱上的接觸網(wǎng)相連；AT牽引變壓器和直供牽引變壓器的輸出通過程控開關與接觸網(wǎng)相連；電力機車車箱內(nèi)設有依次相連的脈沖整流器、直-直變換器、直流電機，脈沖整流器與受電弓相連；直流電機軸與車輪軸相連；脈沖整流器、直-直變換器、直流電機還均與車載微處理器相連；地面微處理器、車載微處理器分別通過地面無線通信器和車載無線通信器與計算機的無線通信器進行無線通信。該仿真模型能全面、直觀的動態(tài)模擬與顯示高速鐵路中機車、接觸網(wǎng)及牽引變電所等模塊的運行過程和狀態(tài)及相互關系，用于培訓高速鐵路從業(yè)人員，其培訓效果好。
文檔編號G09B9/00GK103226903SQ201310101168
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者何正友, 李勇, 楊之青, 馬俊鵬, 趙云, 耿超, 王圓賓 申請人:西南交通大學